Wydział Nauk Technicznych

Technologia chemiczna i biotechnologia przemysłowa

PROJEKT

METAN

Opracował:                                                                                                                               Pod opieką naukową

inż. Dariusz Kotowski                                                                                                                 dr Agnieszki Bakalarz

P4 SUM ZZIP-5 BP

SPIS TREŚCI

1              Właściwości fizyko-chemiczne              3

2              Proces technologiczny              3

3              Obliczenia stechiometryczne              4

4              Wydajność              5

5              Obliczenia termodynamiczne              5

5.1              Tabela wartości standardowej entropii i entalpii tworzenia              5

5.2              Entalpia reakcji              6

5.3              Entropia              6

5.4              Entalpia swobodna              6

1       
Właściwości fizyko-chemiczne metanu.

Właściwości fizyczne:
-gaz
-bezbarwny
-lżejszy od powietrza
-bardzo słabo rozpuszczany w wodzie

Właściwości chemiczne
-bezwonny
-palny
-tworzy mieszaniny wybuchowe z tlenem i z powietrzem
-nietoksyczny
-mało reaktywny

Właściwości metanu:

·         temperatura topnienia -182,6 °C

·         temperatura wrzenia -161,7 °C

·         temperatura krytyczna -82,5 °C

·         ciśnienie krytyczne -46,3 bar

Mieszanina metanu z powietrzem w stosunku objętościowym 1:10 ma własności wybuchowe. Tworzenie się tej mieszaniny w kopalniach węgla kamiennego bywa częstą przyczyną groźnych w skutkach eksplozji.
Metan jest gazem cieplarnianym, którego wpływ jest 22 razy większy niż dwutlenku węgla, a średnia zawartość w atmosferze wynosi 1,7 ppm (w ciągu minionych dwustu lat wzrosła ponad dwukrotnie).

Zastosowanie metanu:

·         jako paliwo do silników

·         jako surowiec do otrzymywania tworzyw sztucznych

·         w przemyśle energetycznym

2         Proces technologiczny.

OTRZYMYWANIE METANU

―    Metan występuje w przyrodzie jako podstawowy składnik gazu ziemnego, gazu „błotnego” oraz biogazu.

―    Synteza z pierwiastków (reakcja ta zachodzi w temperaturze 5000 C).:

C + 2H2 → CH4

―    Reakcja węglika glinu z kwasem (np.solnym):
Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3 CH4

―    Reakcja węglika glinu z wodą: Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3 CH4

―    Synteza Fischera-Tropscha - jest to metoda polegająca na   otrzymywaniu alkanów i alkenów z gazu syntezowego (mieszaniny tlenku węgla II oraz wodoru). Reakcja ta wymaga wielu katalizatorów są to tlenki metali : żelaza, kobaltu, rutenu i niklu. W przemyśle najczęściej używane są ze względów ekonomicznych związki żelaza i kobaltu. 

CO   +   3H2   --Q, Ni-->  CH4 + H2O

Ogólnie: n CO + (2n + 1)H2 __Co(ThO2)MgO, 200°C__>   CnH2n+2 + nH2O

―    Ogrzewanie mieszaniny octanu sodu z wodorotlenkiem sodu (dekarboksylacja) :
    CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3

Schemat reakcji

3        Obliczenia stechiometryczne.

CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3

Masa molowa substratów:

Masa molowa CH3COONa = 82 g/mol

Masa molowa NaOH = 40g/mol

Masa molowa produktu:

Masa molowa CH4 = 16 g/mol

*Obliczamy masę octanu sodu potrzebną do wytworzenia  1kg metanu.

82 g/molCH3COONa -  16 g/mol CH4

x – 1000g CH4

x = 5125 g

*Obliczamy masę wodorotlenku sodu potrzebną do otrzymania 1 kg metanu.

40 g/molCH3COONa -  16 g/mol CH4

x – 1000g CH4

x = 2500 g

4        Wydajność.

W celu otrzymania 1kg metanu ogrzano 5125 g octanu sodu z 2500g wodorotlenku sodu.

m octanu sodu CH3COONa - 5125 g

m metanu CH4 -1000g    

                                                                    temp

CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3

xg CH4– 5125 g CH3COONa

M CH4 = 12g/mol +4*1g/mol = 16g/mol

M CH3COONa = (12g/mol+3*1g/mol+12g/mol+16g/mol+16g/mol+23g/mol

                          = 82g/mol

Obliczamy masę teoretyczną:

16g/mol – 82g/mol

x= 16g/mol*5125g  = 1000g

                                                      82g/mol

W =    1000g  *100% = 100%

                                                     1000g

Wydajność naszego procesu wyniosła 100%.

5        Obliczenia termodynamiczne.

5.1       Tabela wartości standardowej entropii i entalpii tworzenia